1990年，刘玉堤离休后，仍然心系人民空军。他随老英雄报告团深入基层，向年轻的战友传经送宝，讲述自己在战斗中取胜的经验教训。

2014年，刘玉堤病重，将自己在十七年前立的遗嘱的存放处告知妻子。这份遗嘱的内容是：“我一生革命南征北战，为国为民鞠躬尽瘁，战斗了一生，没有留下遗产，只有我一生为共产主义事业奋斗的精神留给你们，希望你们要努力为我们可爱的祖国，为我们中国人民努力工作，好好学习，把我们祖国建设得更加美好富强。”落款时间为1997年3月14日。

2015年2月16日，刘玉堤在弥留之际，已无法用语言表达意思，但忍着强烈的病痛给空军司令马晓天写下自己最后的心愿——“大大发展轰战机”。2015年2月17日5时，刘玉堤空军中将在北京逝世，享年92岁。

1951年，刘玉堤所在的空军第3师进驻安东（今丹东）浪头机场后，开始参加抗美援朝作战。当年刘玉堤28岁，虽然已担任了3师7团1大队大队长，但在喷气式战斗机上的飞行时间只有15小时，毫无战斗经验，空战对他和队友来说还是一个“谜”。在入朝首战中，刘玉堤未能击落敌机，他从中吸取了经验教训。1951年11月10日，刘玉堤取得战果，一般的说法是，他首先击伤敌机一架，又一举击落两架敌机。

1951年11月23日，美机出动飞机36批，共116架，活动于朝鲜平壤上空，企图袭击清川江口一带的地面目标，志愿军空军第3师24架米格战斗机奉命起飞迎敌。刘玉堤率领1大队2中队4架米格战斗机从8000米高空，作了180度的下滑转身，向美机活动空域扑去。刘玉堤以闪电般的速度接近敌机时，狡猾的8架敌F-84飞机正下滑高度，敌机群发现遭到攻击，立刻四散奔逃。刘玉堤和僚机飞行员王昭明架机紧紧咬住一对敌机，向海面上空追去。头上是蓝天，脚下是大海，海天一色，分不出上下。从没有经过海上飞行的刘玉堤，为了抓住战机，毫不迟疑，穷追不舍，一直追到了海面上空五六公里。这时他瞄准其中一架正要开炮时，这两个狡猾的敌人，使出了一个险招——海上超低空飞行。一个俯冲扎了下去。而此时前面的6架敌机也猛然来了一个上升急转弯，掉过头来咬尾。刘玉堤回头看看自己的僚机正紧跟在后面掩护，便果断地一推机头一个急俯冲，从2000米高空急迫而下。眼看就要贴近海面了，敌人双机终于沉不住气了，慌忙地把飞机拉起。就在他们刚要转弯的时候，一直紧随其后的刘玉堤开炮了，分别在距敌机440米和130米处连续快速攻击，连发命中。顷刻间，敌人的双机起火，堕入海中，葬身鱼腹。

刘玉堤打下两架敌机后，僚机在向其他敌机开火以掩护长机的过程中已与他失散、被迫提前返航，他也返回陆地上空。这时，他又发现数架敌F-84飞机正在轰炸铁路运输线。刘玉堤迅速跟上后面一架敌机。敌机慌乱中，一个俯冲钻进了山沟，企图甩掉刘玉堤，但刘玉堤紧紧咬住不放，在敌机拉起瞬间，恰巧被刘玉堤瞄准镜锁定，旋即开炮，一举击落敌机。刘玉堤没有恋战， 立即退出攻击，驾机上升到5000米高空，准备寻找自己的队伍。这时，他又在清川江口上空发现六七十架美机在海湾上空盘旋，刘玉堤判断敌机队形密集、不便很快展开，且准备返航、可能没有战斗准备，于是降低高度，迅速而隐蔽地向美机群的左后方接近，并跟紧后面两架敌机。当距离接近400米正欲开炮时，被敌机发现了，敌机陡然双机分开，妄图各自逃命。就在这一刹那，刘玉堤灵机一动来个急转弯，盯准敌僚机，在150米距离上开了炮，敌机凌空爆炸。黑压压的美机群顿时像炸了窝似的四处散开。趁敌机惊魂未定，刘玉堤以一个燕子钻云，跃上万米高空，瞬间退出战区，顺利安全回机场降落。

之后，刘玉堤又参加了12月2日5日8日敌我双方达300 架喷气式飞机的大规模空战。在12月8日的空战中，他为了击退正在袭击志愿军领队长机的美F-86 型飞机，勇猛地向敌机冲去，领队长机安全脱险。但占有层层装配优势的敌机，马上包围了他。在激战中，他击伤了一架 F-86，自己的飞机也连续三次被敌机击中，最后飞机失去控制，只好跳伞。刘玉堤的降落伞刚好落在位于北朝鲜清川江畔的志愿军铁道兵医院的旁边。他被送往后方医院进行康复治疗。在刘玉堤被迫跳伞的经验教训中，志愿军飞行员们总结出了“一域多层四四制”的空战战术指导原则，为以后取得更大胜利奠定了坚实的理论基础。

需补充说明的是，有关刘玉堤击落美机的情况，存在不同说法。

一是第二次战斗，据刘玉堤在1952年8月1日发表在《人民日报》上的文章所述，是击落、击伤各一架，而非击落两架、击伤一架。

二是《人民日报》1952年7月16日报道，刘玉堤的战绩是“三次空战中击落敌机五架、击伤敌机两架”（是在这三次空战中的两次取得的），之后又在一次空战中击落一架敌机，即总共击落敌机六架、击伤两架，其中又包括了一次击落三架敌机的战斗。从作战过程描述来看，《人民日报》所述刘玉堤击落三架敌机的战斗，与一般认为刘玉堤在1951年11月23日击落四架战机的战斗相仿，但是各环节所遇敌机数量多有不同，尤其是最终击落敌机的数量要少一架；具体来看，在海面追击的环节，目前通常的说法是刘玉堤追击两架敌机而“连发命中”、即连续击落两架敌机，而前述《人民日报》文章所说则是击落了其中一架。刘玉堤发表于《人民日报》的文章中也确曾谈到自己“在一次战斗中就打下了三架敌机”。但他在1952年建军节的广播词中则说自己“在朝鲜前线”“打落、打伤了七架敌机”，这个数据又和《人民日报》1952年7月16日的报道不完全吻合，即没有包括《人民日报》1952年7月16日报道中的最新的击落一架敌机的战绩，同时其中没有明确说明海面追击战中击落的敌机数量。1960年，刘玉堤在一次讲话中，已经明确表示自己在1951年11月23日击落四架战机。而王锦安、盛星辉为晚年刘玉堤整理的回忆文章中，也持击落四架敌机的说法，指出在海面追击的过程中，他首先击落了被迫拉起的敌长机。“这时，敌僚机正从右向左急转”，恰好从刘玉堤面前130米处掠过，他“一抬机头，一按炮钮，又一架敌机身于大海”。

三是，有说法称刘玉堤初显身手时曾一次击落两架敌机，一架僚机、一架长机，“但是由于当时摄影机构出了故障”，拍下的胶卷看上去“一片黑”，未报战果。但此种说法未说明究竟指向哪一场战斗。

不过，抛开具体数据细节考证，刘玉堤取得的胜利都成为中国空军空战中的范例，他孤胆英雄也美名传扬开来了。

1964年8月，美帝国主义者制造了震惊世界的北部湾事件，并以此为借口，悍然向越南北方发动大规模空袭；1965年3月2日之后，随着美国空军对越南北方空袭的北移，其战术战斗机入侵活动也日趋频繁。已担任空7军副军长的刘玉堤（后接任军长）协助军长王璞（后任广空司令员）、政委刘世昌（后任空军副政委），在长达4年（至1968年11月美国被迫停炸为止）的战斗中，先后指挥12个航空兵师（23个团、6个作战分队）、3个高炮师（15个团）和6个地空导弹营，进驻桂西南地区参战和轮战。这期间，空7军组织航空兵部队战斗起飞2138架次，直接与敌空战31次，击落美国空军高空无人侦察机6架、A-6A2型攻击机2架、RA-3D型侦察机2架、F-4B1型战斗机1架，击伤F-105战斗轰炸机2架；高射炮兵部队对空作战4次，击落A-4B型攻击机2架、F-4B型战斗机1架；地空导弹部队对空作战6次，击落高空无人驾驶侦察机3架。一系列胜利，有力保卫了中国领空的安全，促进了中国西南和纵深地区防空体系的建设，锻炼了广大指战员。

刘玉堤在抗美援朝期间荣立一等功、特等功各1次，被授予“一级战斗英雄”，荣获朝鲜民主主义人民共和国二级国旗勋章和二级自由独立勋章。他并获三级独立自由勋章三级解放勋章、独立功勋荣誉章。

妻子：贾兆泉（又作“贾肇泉”），两人有一子三女

长子：刘飞保，原北京军区空军装备部副部长

外孙：陈浏，2019年时为歼-20战机的飞行员，空军某部飞行大队长